農場夢之20
自然動力系統研究(1)
文／施朝祥
老張說：「生活越方便，人就越笨。由於農場沒有電，反而為了尋求另外的可能性，並反思到，現今社會生活的碁石──電能，可能對人類的生活而言是方便，但並不一定會使人變得更加有智慧。相反地，由於方便性反而失去了更多發展其它能源使用的可能性。」
在電力來源不便的情況下，更引發出尋找各種不同能源的使用方式。台灣的電力能源，從發電場出發，經過長途的輸配送到用戶家中或農田，其實很耗能，於是找各種在不使用電的情況下可以使用之能源形式。在幾經討論與找尋之後，發現有許多的不同能源的運用形式，包括使用風能的風車、利用重力位能的水流、還有分子間吸力的虹吸管來取水、以及最有趣的事，可以利用具有破壞力的水錘現象汲水的無動力揚水器。
善用水錘的破壞力
水錘作用（Water Hammer），或稱水擊，意指水流於長管路中流動，此時若將管路下游之閥門快速關閉，水流之流動具有慣性之動量，因此水流之慣性動量持續往前推擠，造成管內壓力急速上升，造成管路受到破壞。在住家發生時，除了慢慢的破壞管線外，其噪音會造成很大的困擾，常會讓人誤以為噪音是鄰居製造的。
熱水器為家庭中最容易產生水錘的場合，主要熱水器內部有複雜的迴路，致開關關斷時產生不穩定壓力衝擊；快速啟閉之水龍頭開關，將產生振動及噪音，形成水錘現象，影響環境寧靜；當抽水馬桶水箱，將近滿水位時，因浮球波動造成水流不順暢，形成一連串壓力波，導致震動及噪音的產生。
水錘是由於氣態和液態的壓力比所造成的現象，若能善用這股力量，則可以變成一個不必用電能的無動力揚水器──水錘馬達。
無動力揚水器──水錘馬達
水錘馬達已沿用了近300年，基本的設計原理不變。水錘泵是一種以流水為動力，通過機械作用，產生水錘效應，將低水頭能(低位能)轉换為高水頭能(高位能)的汲水裝置。水錘泵工作原理是利用水在流動中突然受阻後，產生比正常壓力高十倍以上的瞬間水錘壓力產生汲水的具體作用：它是通過上下兩扇門一開一關的動作，利用水錘效應，將水壓進至壓力罐而實現汲水的目的。
水錘泵主要由進水管、泵體、泄水閥、中心閥、壓力罐、出水管六大部分組成。水錘泵在工作前，泄水閥門因本身重量是開啟的，中心閥門因本身重量是關閉的。開機後，有一定落差的流水通過進水管經過打開的泄水閥向外流出。由於進水管有7度斜度，流速越流越快，當流水的沖力大過於泄水閥門重量時，流動的水就能推動閥門迅速關閉，即發生水錘現象，此時泵內的水壓力急劇上升。迫使中心閥打開（往上推起），部分水被壓入壓力罐內，水錘效應過後，中心閥在本身重量與壓力罐內水壓的作用下自動開起，進水管的水開始經泄水閥向外流出，上述動作周而復始地自動運行，因壓力罐內的水只進不出，所以壓力越來越大，當壓力大於上水管內的壓力時，水就從高處的出水口流出，達到了水往高處流的目的。
老張雖然知道這原理，但是要如何作卻沒有把握，於是在You Tube上找到了康康的無動力揚水器，這種善用水錘力量的設備，於是決定取經到後龍去拜訪康康。
參考資料：
康康的無動力揚水器https://www.youtube.com/watch?v=mpxqOd0iMIs
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